淺談學(xué)生宿舍用電管理系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

安科瑞 陳聰

摘要：各式各樣的電器給我們的生活帶來了極大的便利，但是，不安全的用電方式也給我們的生活帶來了極大的安全隱患，尤其是學(xué)生公寓安全用電管理更是學(xué)校面臨的重要任務(wù)。從安全用電角度提出了一套集用電管理、計量、惡性負(fù)載智能識別控制、實(shí)時跟蹤檢測等功能于一體的多功能智能用電管理系統(tǒng)。

   關(guān)鍵詞:宿舍安全用電；預(yù)付費(fèi)；惡性負(fù)載；智能管理

1概述

   近年來, 為了改善和滿足大學(xué)生的居住條件,宿舍內(nèi)的配置由過去滿足基本生活需求的設(shè)備,到現(xiàn)今設(shè)有熱水淋浴、空調(diào)、電話、電視和電腦高速網(wǎng)絡(luò)終端 ，因此,在當(dāng)前學(xué)生宿舍的電氣改造或設(shè)計中,有必要在電力負(fù)荷容量確定時,既要滿足目前的負(fù)荷要求,又要考慮今后的發(fā)展。但是學(xué)校又明令禁止學(xué)生在宿舍使用熱得快、電爐、電飯鍋、電熨斗、電磁爐、電熱杯、電水壺、暖手寶、電熱毯及其它易發(fā)生火災(zāi)及觸電事故的電器，為了消除集體宿舍用電安全隱患，相關(guān)方面經(jīng)常要花費(fèi)很大的人力、物力、精力去檢查宿舍是否使用了大功率用電器，但收效甚微。基于用電安全、電線使用壽命等因素，如何應(yīng)用科學(xué)手段進(jìn)行科學(xué)管理，提出了“集用電管理、計量、惡性負(fù)載智能識別控制、實(shí)時跟蹤檢測等功能于一體的多功能智能用電管理系統(tǒng)”，這套系統(tǒng)能自動監(jiān)測到宿舍是否使用了違章電器，并且能立刻切斷宿舍電源，這樣能從根本上消除宿舍內(nèi)使用禁用電器的現(xiàn)象，從而消除用電隱患。

2宿舍用電智能管理系統(tǒng)的組成

   宿舍用電智能管理系統(tǒng)應(yīng)用微電子技術(shù)精確計量電量，采用專用大規(guī)模集成電路與最新的單片處理器及外圍芯片技術(shù)設(shè)計制造。該系統(tǒng)組成：宿舍智能管理模塊、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、管理終端機(jī)、宿舍管理數(shù)據(jù)中心機(jī)、系統(tǒng)軟件。具有安全用電 、節(jié)能管理、精確計量等功能。

2.1 網(wǎng)絡(luò)組成：宿舍智能管理模塊與數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)之間為 RS485 總線（MOD-BUS 協(xié)議），采用雙絞屏蔽線穿鋼管敷設(shè)手拉手連接；數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與管理終端機(jī)等設(shè)備均為超五類網(wǎng)線以太網(wǎng)連接，放射式組網(wǎng)。

2.2 模塊簡介：

（1）宿舍智能管理模塊：為一路220V 20A 交流電源輸入，2-4路16A開關(guān)輸出的綜合智能管理模塊。

（2）數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)：是實(shí)現(xiàn) RS485 轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)附件。

（3）管理終端機(jī)：是宿舍管理員管理操作終端設(shè)備，設(shè)置在管理員處，具備管理員權(quán)限；可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)燈、售電、違章用電處罰等操作。還能對每間宿舍所住人員進(jìn)行管理，記錄人員姓名、班級、入住時間、離開時間、離開原因等。

（4）宿舍管理數(shù)據(jù)中心機(jī)：是中心處理機(jī)，設(shè)置在學(xué)生管理處，具備管理員權(quán)限、程序員權(quán)限等高級權(quán)限；可以實(shí)現(xiàn)入住開戶、開關(guān)燈、售電、退售、違章用電處罰、畢業(yè)銷戶、與學(xué)校相關(guān)管理部門數(shù)據(jù)交換等操作。

3宿舍用電智能管理系統(tǒng)的功能

3.1 惡性負(fù)載識別功能：

   模塊具備惡性負(fù)載識別功能：禁止電爐、熱得快、電磁爐、微波爐、電熱毯 、電吹風(fēng)機(jī)等大功率或者引起接觸火災(zāi)的負(fù)載使用，同時允許 1.2kW~1.5kW 的空調(diào)正常使用；其技術(shù)基礎(chǔ)區(qū)別于傳統(tǒng)功率限制為主的負(fù)載識別技術(shù)，傳統(tǒng)負(fù)載識別技術(shù)在限制了惡性負(fù)載使用的同時，把功率大于其設(shè)定識別起始功率的空調(diào)負(fù)載也限制了。

3.2 模塊靈活的管理功能：

   一路輸入、二~四路輸出，可以方便的實(shí)現(xiàn)宿舍的管理要求，其輸出分別對應(yīng)照明、插座、空調(diào)、衛(wèi)生間的供電回路；通過管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分時或分季節(jié)對照明、插座、空調(diào)、衛(wèi)生間的供電；比如：晚上 11 時統(tǒng)一關(guān)燈，在需要用空調(diào)的季節(jié)把電扇和空調(diào)的電源不關(guān)斷；在可能無人在宿舍的時間段統(tǒng)一關(guān)掉全部電源；在有衛(wèi)生間的宿舍，在夜間關(guān)燈后可以統(tǒng)一轉(zhuǎn)讓夜間照明模式，夜間照明模式電源為直流 12V；同時對于需要限制插座用電的宿舍可以單獨(dú)限制其插座的電源；不需要使用空調(diào)電扇的季節(jié)統(tǒng)一關(guān)掉所有的空調(diào)電源。

3.3 精確計量功能：

   管理中心主機(jī)通過通訊網(wǎng)絡(luò)采集各分散式安全模塊的數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行計算 、查詢、統(tǒng)計、打印及參數(shù)設(shè)定，從而實(shí)現(xiàn)中心管理的電費(fèi)計量、預(yù)售電管理及安全用電控制等；具有能累計計量支持后付費(fèi)、低電量報警功能及能計量正負(fù)兩個方向的電能，雙方向能累計，有效防止偷漏電現(xiàn)象。

3.4 軟件功能強(qiáng)大

   可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)燈管理、實(shí)時監(jiān)控、模塊參數(shù)設(shè)定；支持?jǐn)?shù)據(jù)庫、支持定制；可以集成水表等實(shí)現(xiàn)節(jié)能管理；支持校園網(wǎng) WEB 查詢、權(quán)限登錄、分時段自動控制；可實(shí)現(xiàn)一卡通系統(tǒng)自動售電。

4宿舍用電智能管理系統(tǒng)在實(shí)際項目中的應(yīng)用

   在對某所大學(xué)新校區(qū)宿舍設(shè)計當(dāng)中，綜合目前學(xué)校普遍存在的用電安全管理隱患以及學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)對用電安全管理提出的新要求，我們在此次設(shè)計中采用了這套智能管理系統(tǒng)。該學(xué)校共建 6 棟宿舍樓，4 人一間宿舍，每間宿舍均帶有獨(dú)立衛(wèi)生間，每間宿舍預(yù)留空調(diào)插座。根據(jù)宿舍特點(diǎn)及用電負(fù)荷，在設(shè)計中每間宿舍設(shè)置配電箱；每層樓強(qiáng)電井內(nèi)設(shè)置一個樓層總配電箱；一層強(qiáng)電井內(nèi)設(shè)置一個總電源進(jìn)線配電箱。如圖 1 所示，每間宿舍終端配電箱處設(shè)置宿舍智能管理模塊，此模塊為 1路 220V 20A 交流電源輸入，4 路 16A 開關(guān)輸出，輸出包括照明、插座、衛(wèi)生間用電及空調(diào)用電。模塊具備惡性負(fù)載識別功能和通過管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分時或分季節(jié)對照明、插座、空調(diào)、衛(wèi)生間的供電，可方便實(shí)現(xiàn)宿舍的用電管理要求：

圖 1 宿舍終端配電箱系統(tǒng)圖

   如圖 2 所示，該宿舍用電智能管理系統(tǒng)組成：宿舍智能管理模塊、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān) 、管理終端機(jī)、宿舍管理數(shù)據(jù)中心機(jī)、系統(tǒng)軟件。宿舍智能管理模塊設(shè)置在每間宿舍的終端配電箱處，數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)設(shè)置在每層樓強(qiáng)電井內(nèi)，管理終端機(jī)設(shè)置在每棟宿舍值班室內(nèi)，宿舍管理數(shù)據(jù)中心機(jī)是中心處理機(jī)設(shè)置在學(xué)生管理處。該套系統(tǒng)的工作原理：

（1）每間獨(dú)立宿舍智能管理模塊與數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)之間為 RS485 總線（MOD-BUS協(xié)議），采用雙絞屏蔽線穿鋼管敷設(shè)手拉手連接；

（2）數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與管理終端機(jī)等設(shè)備均為超五類網(wǎng)線以太網(wǎng)連接，放射式組網(wǎng)至每棟樓設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。管理終端機(jī)是宿舍管理員管理操作終端設(shè)備，具備管理員權(quán)限；可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)燈、售電、違章用電處罰等操作。還能對每間宿舍所住人員進(jìn)行管理，記錄人員姓名、班級、入住時間、離開時間、離開原因等。

（3）每棟樓通過六類單模光纖傳輸數(shù)據(jù)到學(xué)生管理處，通過通訊網(wǎng)絡(luò)采集各分散式安全模塊的數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行計算、查詢、統(tǒng)計、打印及參數(shù)設(shè)定，從而實(shí)現(xiàn)中心管理的電費(fèi)計量、預(yù)售電管理及安全用電控制等；學(xué)生管理處的宿舍管理數(shù)據(jù)中心機(jī)具備管理員權(quán)限、程序員權(quán)限等高級權(quán)限；可以實(shí)現(xiàn)入住開戶、開關(guān)燈、售電、退售、違章用電處罰、畢業(yè)銷戶、與學(xué)校相關(guān)管理部門數(shù)據(jù)交換等操作。

（4）宿舍用電智能管理系統(tǒng)軟件功能強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)燈管理、實(shí)時監(jiān)控、模塊參數(shù)設(shè)定；支持?jǐn)?shù)據(jù)庫、支持定制；可以集成水表等實(shí)現(xiàn)節(jié)能管理 ；支持校園網(wǎng) WEB 查詢、權(quán)限登錄、分時段自動控制；可實(shí)現(xiàn)一卡通系統(tǒng)自動售電。以上功能可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，等需要實(shí)現(xiàn)此功能再軟件升級開發(fā)即可，這樣可節(jié)省先期資金投入。

圖 2 宿舍用電智能管理系統(tǒng)圖

5安科瑞預(yù)付費(fèi)產(chǎn)品在宿舍用電管理的應(yīng)用

5.1 應(yīng)用場景

5.2功能

預(yù)付費(fèi)電表電費(fèi)收取，管控，欠費(fèi)跳閘；提供后付費(fèi)管理模塊；能耗分析模塊；

水表預(yù)付水費(fèi)收取，管控，欠費(fèi)關(guān)閥；

房租物業(yè)費(fèi)收取，欠費(fèi)拉閘；

公共區(qū)域電費(fèi)分?jǐn)偸杖。?/span>

公共區(qū)域、變電所電表接入抄表、計量；

預(yù)付費(fèi)+建筑能耗、分類分項能源計量一體化系統(tǒng)；

物業(yè)/地產(chǎn)集團(tuán)集中財務(wù)管控，子物業(yè)單獨(dú)權(quán)限；

無線方案改造方便，調(diào)試簡單

5.3圖片

6小結(jié)

   擁有諸多優(yōu)勢的宿舍用電智能管理系統(tǒng)會越來越廣泛地應(yīng)用在學(xué)校中，是目前學(xué)校用電管理至關(guān)重要的安全保障體系，具有安全用電、節(jié)能管理、精確計量等功能。同時希望宿舍用電智能管理系統(tǒng)在實(shí)踐應(yīng)用的過程中不斷地完善和進(jìn)步。

【參考文獻(xiàn)】

[1]趙方強(qiáng)，楊旭東. 智能用電管理系統(tǒng)在學(xué)校公寓樓設(shè)計中的應(yīng)用.《科技信息》.2011 年 09 期

[2]用戶變電站綜合自動化與運(yùn)維解決方案.2020.01月版.

[3]雷景惠，閆浩.宿舍智能用電管理系統(tǒng)設(shè)計淺談[J]